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智能水位计的研究开发

尚春艳  
【摘要】: 水位计广泛应用于水利、石油、化工、冶金、电力等领域的自动检测和控制系统中。本文设计的智能水位计是吸收了国内外最新智能化仪表的设计经验,采用工业控制单片机,集水位采集、存储、显示及远程联网于一体,适用于各种液位及闸门开度的测量。它具有高精度、高可靠性、多功能和智能化等特点。 针对研制任务的要求,课题期间研制了下位机系统硬件和软件,开发了上位机监控软件,其中所作的具体工作包括:测量原理的研究和在系统中的实现,在本次设计中用三种方法来进行水位测量,分别是旋转编码器法、液位压力传感器法和可变电阻器法;主控芯片的选择,我们选用了高集成度的混合信号系统级芯片C8051F021;实现了信号的采集和处理,包括信号的转换和在单片机内的运算;高集成度16位模数转换芯片AD7705在系统中的应用,我们完成了它与单片机的接口设计及程序编制任务;精确时钟芯片DS1302在系统中的应用,在此,我们实现了用单片机的I/O口与DS1302的连接和在软件中对时序的模拟,该芯片的应用给整台仪器提供了时间基准,方便了仪器的使用;另外,针对研制任务的要求,还给系统加上了一路4~20mA模拟信号电流环的输出电路来提供系统监测,该部分的实现是通过采用AD421芯片来完成的,本设计中完成了AD421与单片机的SPI接口任务,协调了它与AD7705芯片和单片机共同构成的SPI总线系统的关系,并完成了程序设计;与上位机的通信接口设计,该部分通过两种方法实现:RS232通信方式和RS485通信方式;系统设计方面还包括报警电路设计、操作键盘设计、电源监控电路设计、电压基准电路的设计。在硬件设计的基础上,对系统进行了软件设计,软件部分包括下位机单片机程序的设计和上位机监控软件的设计。在软硬件充分结合的情况下,实现了系统设计要求,很好地解决了以往的水位计中存在的问题,达到了高精度水位测量仪器的各项标准。


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